­­БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

ХАНТЫ-МАНСИЙСКОГО АВТОНОМНОГО ОКРУГА – ЮГРЫ

«ЛАНГЕПАССКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ КОЛЛЕДЖ»

 

 

 

 

 

 

 

 

Направление: Технические науки

Тип проекта: экспериментальный

 

 

Тема: Создание и изучение катушки Тесла

 

Выполнил:

Студент Москвин.К.Е  по специальности 09.02.07 Информационные системы и программирование/группы 22-28

 

Руководители:

преподаватель общеобразовательных дисциплин Сгибнева Н.Н.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Лангепас, 2023 г

 

 

 

Содержание

1.Введение……………………………………………………………………………...3

2. Как изготовить простую катушку Тесла в домашних условиях……………4

3. Изучение катушки тесла…………………………….……………………………6

4.Заключение………………………………………………………………………….9

5.Список использованной литературы…………………………………………….9

6. Приложение ……………………………………………………………………….11

 

 

Введение

Выходное напряжение трансформатора Теслы может достигать нескольких миллионов вольт. Это напряжение в частоте минимальной электрической прочности воздуха способно создавать внушительные электрические разряды в воздухе, которые могут иметь многометровую длину. Эти явления очаровывают людей по разным причинам, поэтому трансформатор Теслы используется как декоративное изделие.

Трансформатор использовался Теслой для генерации и распространения электрических колебаний, направленных на управление устройствами на расстоянии без проводов (радиоуправление), беспроводной передачи данных (радио) и беспроводной передачи энергии. В начале XX века трансформатор Теслы также нашёл популярное использование в медицине. Пациентов обрабатывали слабыми высокочастотными токами, которые, протекая по тонкому слою поверхности кожи, не причиняли вреда внутренним органам (см.: скин-эффект, Дарсонвализация), оказывая при этом «тонизирующее» и «оздоравливающее» влияние.

Неверно считать, что трансформатор Теслы не имеет широкого практического применения. Он используется для поджога газоразрядных ламп и для поиска течей в вакуумных системах. Тем не менее, основное его применение в наши дни — познавательно-эстетическое. В основном это связано со значительными трудностями при необходимости управляемого отбора высоковольтной мощности или тем более передачи её на расстояние от трансформатора, так как при этом устройство неизбежно выходит из резонанса, а также значительно снижается добротность вторичного контура и напряжение на нём.

Как изготовить простую катушку Тесла в домашних условиях

(Рис 1)

Что нужно для изготовления катушки Тесла?

Чтобы изготовить катушку Тесла дома, за своим рабочим столом или даже на кухне, нам сначала необходимо запастись всем необходимым.
Итак, предварительно мы должны найти или приобрести следующее.
Из инструментов нам потребуется:

·                 Паяльник

·                 Клеевой пистолет

·                 Дрель с тонким сверлом

·                 Ножовка

·                 Ножницы

·                 Изолента

·                 Маркер

Для сбора самой катушки Тесла необходимо подготовить следующее:

·                 Кусок толстой полипропиленовой трубы диаметром 20 мм.

·                 Медная проволока диаметром 0,08-0.3 мм.

·                 Кусок толстого провода

·                 Транзистор типа КТ31117Б или 2N2222A (можно КТ805, КТ815, КТ817)

·                 Резистор 22 кОм ( можно от 20 до 60 кОм брать резисторы)

·                 Источник питания (Крона)

·                 Шарик для пинг-понга

·                 Кусок пищевой фольги

·                 Основание, на чём будет крепиться изделие — кусок доски или пластика

·                 Провода для соединения нашей схемы

Подготовив все необходимое приступаем у изготовлению катушки Тесла.

Инструкция по изготовлению катушки Тесла

Самым трудоёмким процессом изготовления катушки Тесла в домашних условиях будет намотка вторичной обмотки L2. Это наиболее значимый элемент в трансформаторе Тесла. И намотка — трудоемких процесс, требующий аккуратности и внимания.

Приготовим основу. Для этого нам подойдет ПВХ труба диаметром от 2-х см.

(Рис 2)

Отметим на трубе необходимую длину — примерно от 9 до 20 см. Желательно соблюдать пропорцию 4-5:1. Т.е. если у вас труба диаметром 20 мм, то её длина составит от 8 до 10 см.

(Рис 3)

Затем отпилим ножовкой по оставленной маркером метке. Срез должен быть ровным и перпендикулярным к трубе, т. К. мы затем будем приклеивать эту трубу к доске, а сверху будет приклеен шарик.

(Рис 4)

Торец трубы надо зашкурить наждачной бумагой с обеих сторон. Необходимо убрать стружку, оставшуюся от отпиливания куска трубы, а также выровнять поверхность для приклеивания её к основе.

(Рис 5)

С двух концов трубы надо просверлить по одному отверстию. Диаметр этих отверстий должен быть такой, чтобы проволока, которую мы будем использовать при намотке, свободно прошла туда. Т.е. это должны быть маленькие отверстия. Если у вас нет такого тонкого сверла, то можно пропаять трубу, используя тонкий гвоздик, нагревая его на плите.

(Рис 6)

Пропускаем конец проволоки для намотки в трубу.

(Рис 7)

Фиксируем этот конец провода с помощью клеевого пистолета. Фиксацию производим с внутренней сторона трубы.

(Рис 8)

Начинаем намотку проволоки. Для этого можно использовать медную проволоку с изоляцией диаметром от 0,08 до 0,3 мм. Намотка должна быть плотной, аккуратной. Не допускайте перехлёстов. Количество витков от 300 до 1000, в зависимости от вашей трубы и диаметра проволоки. В нашем варианте применяется проволока 0,08 мм. Диаметром и 300 витков намотки.

(Рис 9)

После того, как намотка закончена, обрежьте проволоку, оставив кусок сантиметров 10.

(Рис 10)

Проденьте проволоку в отверстие и закрепите с внутренней стороны с помощью капельки клея.

(Рис 11)

Теперь надо приклеить изготовленную катушку к основе. В качестве основы можно взять небольшую доску или кусок пластика размером 15-20 см. Для приклеивания катушки надо аккуратно намазать её торец.

(Рис 12)

Затем присоединяем вторичную обмотку катушки на свое место на основе.

(Рис 13)

Затем к основе приклеиваем транзистор, выключатель и резистор. Таким образом все элементы фиксируем на доске.

(Рис 14)

Делаем катушку L1. Для этого нам потребуется толстая проволока. Диаметр — от 1 мм. И больше, в зависимости от вашей катушки. В нашем случае толщины в 1 мм. Проволоки будет достаточно. Берем остаток трубы и наматываем на него 3 витка толстой проволоки в изоляции.

(рис 15)

Потом надеваем катушку L1 на L2.
(Рис 16)

Собираем все элементы катушки Тесла по по этой схеме.

(Рис 17)

Схема простой катушки Тесла

Все элементы и провода крепим к основе с помощью клеевого пистолета. Батарейку «Крона» также приклеиваем, чтобы ничего не болталось.

(Рис 18)

Теперь нам предстоит изготовить последний элемент трансформатора Тесла — излучатель. Его можно сделать из теннисного шарика, обернутого пищевой фольгой. Для этого берем кусок фольги и просто оборачиваем в неё шарик. Обрезаем лишнее, чтобы шарик был ровно завернут в фольгу и ничего не торчало.

(Рис 19)

Присоединяем шарик в фольге к верхнему проводу катушки L2, просовывая провод внутрь фольги. Закрепляем место присоединения кусочком изоленты и приклеиваем шарик к верхушке L2.

(Рис 20)

Вот и всё! Мы изготовили катушку Тесла своими руками! Так выглядит это устройство.

(Рис 21)

Теперь осталось только проверить работоспособность изготовленного нами трансформатора Тесла. Для этого надо включить устройство, взять в руки люминесцентную лампу и поднести к катушке. Мы должны увидеть, как загорается и горит поднесенная лампа прямо в руках!

(Рис 22)

Это означает, что всё получилось и всё работает! Вы стали обладателем собственноручно изготовленной катушки Тесла. Если вдруг возникли проблемы, то проверьте напряжение на батарейке. Часто, если батарейка долго где-то лежала, она уже не работает как положено.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Изучение катушки тесла

Трансформатор Теслы основан на использовании резонансных стоячих электромагнитных волн в катушках. Его первичная обмотка содержит небольшое число витков и является частью искрового колебательного контура, включающего в себя также конденсатор и искровой промежуток. Вторичной обмоткой служит прямая катушка провода. При совпадении частоты колебаний колебательного контура первичной обмотки с частотой одного из собственных колебаний (стоячих волн) вторичной обмотки вследствие явления резонанса во вторичной обмотке возникнет стоячая электромагнитная волна и между концами катушки появится высокое переменное напряжение.

Работу резонансного трансформатора можно объяснить на примере обыкновенных качелей. Если их раскачивать в режиме принудительных колебаний, то максимально достигаемая амплитуда будет пропорциональна прилагаемому усилию. Если раскачивать в режиме свободных колебаний, то при тех же усилиях максимальная амплитуда вырастает многократно. Так и с трансформатором Теслы — в роли качелей выступает вторичный колебательный контур, а в роли прилагаемого усилия — генератор. Их согласованность («подталкивание» строго в нужные моменты времени) обеспечивает первичный контур или задающий генератор (в зависимости от устройства).

Схема простейшего трансформатора Теслы

(Рис 23)

Простейший трансформатор Теслы включает в себя входной трансформатор, катушку индуктивности, состоящую из двух обмоток — первичной и вторичной, разрядник (прерыватель, часто встречается английский вариант Spark Gap), конденсатор, тороид (используется не всегда) и терминал (на схеме показан как «выход»).

Первичная обмотка обычно содержит всего несколько витков медной трубки или провода большого диаметра, а вторичная около 1000 витков провода меньшей площади сечения. Первичная катушка может быть плоской (горизонтальной), конической или цилиндрической (вертикальной). В отличие от обычных трансформаторов, здесь нет ферромагнитного сердечника. Таким образом, взаимоиндукция между двумя катушками гораздо меньше, чем у трансформаторов с ферромагнитным сердечником. Первичная катушка вместе с конденсатором образует колебательный контур, в который включён нелинейный элемент — разрядник.

Разрядник, в простейшем случае, обыкновенный газовый, представляет собой два массивных электрода с регулируемым зазором. Электроды должны быть устойчивы к протеканию больших токов через электрическую дугу между ними и иметь хорошее охлаждение.

Вторичная катушка также образует колебательный контур, где роль конденсатора, главным образом, выполняют ёмкость тороида и собственная межвитковая ёмкость самой катушки. Вторичную обмотку часто покрывают слоем эпоксидной смолы или лака для предотвращения электрического пробоя.

Терминал может быть выполнен в виде диска, заточенного штыря или сферы и предназначен для получения предсказуемых искровых разрядов большой длины.

Таким образом, трансформатор Теслы представляет собой два связанных колебательных контура, что и определяет его замечательные свойства и является главным его отличием от обычных трансформаторов. Для полноценной работы трансформатора эти два колебательных контура должны быть настроены на одну резонансную частоту. Обычно в процессе настройки подстраивают первичный контур под частоту вторичного путём изменения ёмкости конденсатора и числа витков первичной обмотки до получения максимального напряжения на выходе трансформатора.

 

 

 

 

Во время работы катушка Теслы создаёт красивые эффекты, связанные с образованием различных видов газовых разрядов. Многие люди собирают трансформаторы Теслы ради того, чтобы посмотреть на эти впечатляющие, красивые явления. В целом катушка Теслы производит 4 вида разрядов:

1.     Стример (от англ. Streamer) — тускло светящиеся тонкие разветвлённые каналы, которые содержат ионизированные атомы газа и отщеплённые от них свободные электроны. Протекает от терминала (или от наиболее острых, искривлённых ВВ-частей) катушки прямо в воздух, не уходя в землю, так как заряд равномерно стекает с поверхности разряда через воздух в землю. Стример — это, по сути дела, видимая ионизация воздуха (свечение ионов), создаваемая ВВ-полем трансформатора.

2.     Спарк (от англ. Spark) — это искровой разряд. Идёт с терминала (или с наиболее острых, искривлённых ВВ частей) непосредственно в землю или в заземлённый предмет. Представляет собой пучок ярких, быстро исчезающих или сменяющих друг друга нитевидных, часто сильно разветвлённых полосок — искровых каналов. Также имеет место особый вид искрового разряда — скользящий искровой разряд.

3.     Коронный разряд — свечение ионов воздуха в электрическом поле высокого напряжения. Создаёт красивое голубоватое свечение вокруг ВВ-частей конструкции с сильной кривизной поверхности.

4.     Дуговой разряд — образуется во многих случаях. Например, при достаточной мощности трансформатора, если к его терминалу близко поднести заземлённый предмет, между ним и терминалом может загореться дуга (иногда нужно непосредственно прикоснуться предметом к терминалу и потом растянуть дугу, отводя предмет на большее расстояние). Особенно это свойственно ламповым катушкам Теслы. Если катушка недостаточно мощна и надёжна, то спровоцированный дуговой разряд может повредить её компоненты.

Работа резонансного трансформатора сопровождается характерным электрическим треском. Появление этого явления связано с превращением стримеров в искровые каналы, который сопровождается резким возрастанием силы тока и количества энергии, выделяющейся в них. Каждый канал быстро расширяется, в нём скачкообразно повышается давление, в результате чего на его границах возникает ударная волна. Совокупность ударных волн от расширяющихся искровых каналов порождает звук, воспринимаемый как «треск» искры.

 

Являясь источником высокого напряжения, трансформатор Теслы может быть смертельно опасен. Особенно это касается сверхмощных установок на лампах или полевых транзисторах. В любом случае, даже для маломощных трансформаторов Теслы характерен выброс высоковольтной высокочастотной энергии, способной вызвать локальные повреждения кожного покрова в виде плохо заживающих ожогов. Для трансформаторов Теслы средней мощности (50—150 ватт), такие ожоги могут привести к повреждению нервных окончаний и значительное повреждение подкожных слоев включая повреждение мышц и связок. Трансформаторы Теслы с искровым возбуждением менее опасны с точки зрения ожогов, однако, высоковольтные разряды следующие с паузами, наносят больший вред нервной системе и способны вызвать остановку сердца (у людей с проблемами сердца). В любом случае, вред, который могут нанести высокочастотные мощные генераторы, к которым относятся трансформаторы Теслы, сугубо индивидуален, и зависит от особенностей организма и психического состояния конкретного человека.

Замечен факт, что женщины наиболее остро реагируют на излучения мощных радиочастотных устройств, соответственно, и реакция у женщин острее, чем у мужчин. К трансформатору Теслы, как и к любому электроприбору, нельзя допускать детей без присмотра взрослых.

Однако существует и другое мнение, касающееся некоторых видов трансформаторов Теслы. Так как высокочастотное высокое напряжение имеет скин-эффект, то несмотря на потенциал в миллионы вольт, разряд в тело человека не может вызвать остановку сердца или другие серьёзные повреждения организма, несовместимые с жизнью.

В противоположность этому другие высоковольтные генераторы, например, высоковольтный умножитель телевизора и иные бытовые высоковольтные генераторы постоянного тока, имеющие несравненно меньшее выходное напряжение (порядка 25 кВ), могут являться смертельно опасными. Всё это потому, что в вышеуказанных преобразователях используется частота в 50 герц (в умножителе классического телевизора частота около 15 кГц, в мониторах ещё выше), следовательно, скин-эффект отсутствует, или исчезающе слаб, и ток потечёт через внутренние органы человека (опасным для жизни считается ток в десятки мА).

Несколько другая картина со статическим электричеством, которое может очень чувствительно ударить током при разряде (при прикосновении к металлу), но при этом не смертельно, так как статический заряд сравнительно небольшой, и протекающий ток не успеет нанести вред человеку (заряд равен произведению тока и времени). Ещё одна опасность, которая подстерегает при использовании трансформатора Теслы, — это избыток озона в крови, который может повлечь за собой головные боли, так как при работе устройства производятся большие порции этого газа.

 

 

 

 

Заключение:

 

Катушка Тесла – прекрасное изобретение великого ученого. Это изделие может решить множество проблем человека, которые до сих пор преследуют его. Вопросы, которыми занимался Никола Тесла, остаются актуальными и сегодня. Их рассмотрение позволяет творческим инженерам физических специальностей шире смотреть на проблемы современной науки. Для начала 20 века его изобретения были для людей фантастикой.  Подобно Ломоносову, Никола Тесла опередил своё время и не получил заслуженного признания при жизни, впрочем, и поныне его труды не оценены по достоинству. Бесспорно, Никола Тесла является интересной фигурой с точки зрения на перспективу использования на практике его нетрадиционных идей. Сербскому гению удалось оставить заметный след в истории науки и техники.

Качер Бровина – оригинальный вариант генератора высокочастотных электромагнитных колебаний, с помощью которого можно беспроводно и с однопроводной связью передавать электрическую энергию на расстояние.

А главное – своим проектом я показал, что вполне успешно, своими руками и минимальным бюджетом можно создавать оригинальные устройства, проводить исследования по изучению физических явлений и законов, а также рассматривать возможности практического применения своих исследований. Хочу повторить, что моя работа в этом направлении не закончена и в будущем я добьюсь широкого использования этого явления.

Я считаю, что моя работа имеет просветительный характер, вызывает появление интереса к более углубленному изучению физики, побуждает к исследовательской и экспериментальной деятельности, а возможно приведет к увлечению на всю жизнь.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список используемой литературы.

1)       https://ru.wikipedia.org/wiki/Трансформатор_Теслы#Использование_трансформатора_Теслы

2)       https://infourok.ru/proektnoissledovatelskaya-rabota-po-fizike-katushka-tesla-i-besprovodnaya-peredacha-elektroenergii-na-rasstoyanie-3733610.html

3)       https://transformator220.ru/vidy/tesla-katushka-transformator-tesla.html

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Приложение

 

 

 

     

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис 1

Рис 2

 

 

 

Рис 3

 

Рис 4

 

Рис 5

Рис 6

 

Рис 7

Рис 8

Рис 9

Рис 10

Рис 11

Рис 12

Рис 13

Рис 14

Рис 15

Рис 16

Рис 17

Рис 18

 

Рис 19

 

Рис 20

Рис 21

 

Рис 22

 

 

Рис 23

Скачано с www.znanio.ru